CC BY
603
УДК 528.7
А.П. Гук, И.Т. Антипов
СГГ А, Новосибирск
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВНОЕ РАЗВИТИЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ, ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ И МОНИТОРИНГА ПО АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Развитие современной фотограмметрии, методов фотограмметрической обработки снимков и фотограмметрических технологий основывается на использовании новых технических и программных средств.
К новым техническим средствам можно отнести:
- GPS - для определения элементов внешнего ориентирования в полете;
- INS - для определения угловых элементов внешнего ориентирования в полете;
- Новейшие прецизионные АФА;
- Космические съемочные средства высокого и среднего разрешения, позволяющие получать многоспектральные снимки;
- Сканерные съемочные системы (включая лазерную съемку);
- Цифровые съемочные камеры;
- Постоянно развивающиеся и модернизирующиеся стереоочки.
К программным средствам относятся:
- ГИС-системы;
- Системы машинной графики, такие как AUTOCAD;
- Средства анализа многозональных снимков, такие как Erdas Imagine;
- Сетевые программные средства и т.д.
В соответствии с этим, разработка новых фотограмметрических технологий заключается в тестировании и калибровке технических средств, разработке методики комплексирования и объединения новых программных средств, а так же разработке специализированных алгоритмов и программ для решения фотограмметрических задач.
Для этого необходимо выполнить исследования метрической точности, функциональности и экономической эффективности разрабатываемых технологий.
Основными методами фотограмметрической технологии обработки являются цифровые методы обработки изображений. Цифровые методы позволяют получать принципиально новую продукцию: цифровые
ортофотопланы, цифровые модели рельефа, 3D модели; выполнять автоматизированной распознавание объектов на многозональных снимках. Кроме того, принципиально изменяется технология создания различных видов цифровых карт и получение других традиционных материалов. Это определяется, в первую очередь, метрическими свойствами цифрового снимка и, естественно, использованием новых технических программных средств. Изменяются традиционные методы аналитической
фототриангуляции, методы формирования ЦМР, методы трансформирования и т. д.
Далее приводятся основные направления работ кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования:
- Цифровая фотограмметрия (цифровые стереоплоттеры, ортофототрансформирование, монтаж ортофотопланов);
- Аналитическая и цифровая фототриангуляция;
- Мониторинг поверхности земли по аэрокосмическим снимкам;
- Реконструкция трехмерных объектов по снимкам;
- Калибровка аэросъемочных цифровых камер;
- Создание трехмерных моделей микро- и макрообъектов (биологических объектов, растений, аэрозольных облаков).
Рассмотрим подробнее каждое из этих направлений.
Цифровая фотограмметрия (д.т.н. Гук А.П., к.т.н. Белошапкин М.А., к.т.н. Коркин В.С.).
Разработана новая версия цифрового стереоплоттера SDS-2. 8ВБ-2 -сетевой цифровой стереоплоттер нового поколения, обладающий расширенными возможностями фотограмметрической обработки снимков и гибким интерфейсом, что позволяет существенно улучшить технологию создания цифровых карт по снимкам. SDS-2 предназначен для решения широкого круга фотограмметрических задач и обеспечивает:
- Составление цифровых топографических карт, карт землепользования и других видов карт крупных и средних масштабов по стереопарам снимков;
- Обновление различных видов цифровых карт;
- Наполнение и обновление данных для геоинформационных систем;
- Измерения координат точек модели в полуавтоматическом и автоматическом режимах;
- Выполнение цифрового трансформирования снимков;
- Ортотрансформирование снимков;
- Формирование цифровой модели рельефа для ортотрансформирования снимков, монтаж ортофотопланов;
- Обновление и составление контурной части топографических карт по одиночным снимкам с использованием цифровой модели рельефа, полученной по имеющимся цифровым или графическим картам;
- Стереоскопическую обработку снимков, полученных цифровыми камерами, для изучения различных видов объектов микро- и макроуровня.
Аналитическая и цифровая фототриангуляция (д.т.н. Антипов И.Т., к.т.н. Широкова Т.А., к.т.н. Комиссаров Д.В.).
На кафедре выполняются работы по развитию комплекса программ для аналитической фототриангуляции ФОТОКОМ 32.
В 2002 году был разработан новый программный компонент PHOTOCOM для построения и уравнивания сети пространственной аналитической фототриангуляции по исходным данным, подготовленным на цифровой фотограмметрической станции (ЦФС). PHOTOCOM является обособленным продуктом, дополняющим основное программное обеспечение ЦФС ЦНИИГАиК. В состав программного компонента входят:
- Программа уравнивания фототриангуляции;
- Программа составления библиотеки геодезических проекций;
- Справочная система.
Во взаимодействии с основным программным обеспечением ЦФС ЦНИИГАиК перечисленные части открывают возможности для фототриангулирования в наиболее удобном режиме on-line. Также разработан комплекс автоматической фототриангуляции по цифровым снимкам TRIANGLE 2.0.
На рис. 1 представлены основные процессы автоматического фототриангулирования.
Рис. 1. Основные процессы фототриангулирования с использованием
комплекса TRIANGLE 2.0
Блок автоматической фототриангуляции может работать совместно с ФОТОКОМОМ 32. Комплексы программ ФОТОКОМ 32 и TRIANGLE 2.0 согласованы по входным - выходным параметрам. SDS - 2 и все модули объединены в единый комплекс программ, позволяющий выполнять все процессы фотограмметрической обработки снимков.
Мониторинг поверхности Земли по аэрокосмическим снимкам (д.т.н. Гук А.П., к.т.н. Широкова Т.А., к.т.н. Кулик Е.Н., асс. Хлебникова Е.П., асс. Павленко А.В., асп. Никитина Ю.В.).
Работы, выполняемые в этой области, включают:
- Мониторинг мест нефтеразработок;
- Мониторинг лесных экосистем для лесоустроительных организаций;
- Мониторинг водных объектов.
Дешифрирование многозональных космических снимков выполняется по специальной, разработанной на кафедре методике, основанной на использовании метода «Таээе^ Сар» и метода главных компонент. Для дешифрирования многоспектральных снимков используются средства программного комплекса ERDAS. Экспериментальные работы выполнялись по снимкам Landsat 7 и космическим снимкам, полученным камерой МКФ-6.
С целью повышения точности привязки новых контуров, выявленных по космическим снимкам, и повышения качества дешифрирования снимков была разработана специальная методика, основанная на совмещении космических и аэрофотоснимков. В результате совмещения космических и аэрофотоснимков мелкие детали «переносятся» на космический снимок и в результате «повышается» информативность космического снимка, что позволяет качественнее выполнить дешифрирование и точнее определить местоположение новых объектов.
Экспериментальные работы по проверке предложенной технологии выполнялись по космическим и аэрофотоснимкам Карамовского нефтяного месторождения Ханты-Мансийского автономного округа. На этот объект были получены космические снимки Landsat - 7 (масштаба ~ 1:1000000, разрешение на местности - 30 метров) и аэрофотоснимки масштаба 1:18000.
Разработанные методики используются при мониторинге лесных пожаров, мест нефтезагрязнений, экологическом мониторинге. На рис. 2 представлена карта нарушения лесных территорий пожарами.
4 *лн.
Типы леса
1 : 25000 Условные обозначения
■ Пойменный, приручьевой
Лишайниково-брусничный, пройденный низовым беглым пожаром Лишайниковый, пройденный низовым беглым пожаром Лишайниковый, пройденный верховым пожаром
Кустарниково-сфагновый, пройденный верховым устойчивым пожаром
Составлено по материалам съёмки 1997г. Озёра
оз. Васьюгактор
" Верховые рямовые болота
Реки
Рис. 2. Карта нарушения лесных территорий пожарами
Реконструкция трехмерных объектов по цифровым снимкам (д.т.н. Гук А.П., асс. Павленко А.В., асп. Гук Н.А.).
На кафедре разработаны методы съемки цифровыми камерами инженерных сооружений и методы фотограмметрической обработки снимков для реконструкции трехмерных объектов. На рис. 3 представлена виртуальная модель с наложением космического снимка Landsat - 7 на ЦМР.
Рис. 3. Виртуальная модель с наложением на ЦМР космического снимка Landsat -7 и построением трехмерных объектов
Калибровка цифровых и аэрофотоснимков (д.т.н. Гук А.П., д.т.н. Антипов И.Т., к.т.н. Прудников В.В.).
На кафедре разработаны методики и технологии калибровки аэрофото -съемочных и цифровых камер. Получен сертификат на право калибровки съемочных камер. Калибровка аэрофотосъемочных камер выполняется в лабораторных условиях по специальному пространственному тест-объекту, размещенному в одной из лабораторий кафедры. Для обработки измерений применяется программа, разработанная на кафедре. В год калибруется до 20-ти аэрофотоаппаратов для различных организаций, выполняющих аэрофото -съемку. Для калибровки цифровых неметрических камер разработана технология, использующая снимки тест-объекта с известными геодезическими координатами и программу EXOS, разработанную на кафедре.
Разработка новых методов создания карт, основанных на особых метрических свойствах цифровых аэрофотоснимков (д.т.н. Гук А.П., асп. Евстратова Л.Г.).
В существующих технологиях потенциальные метрические свойства цифровых снимков полностью не реализуются. Цифровые методы фотограмметрической обработки снимков позволяют разрабатывать разнообразные варианты цифровых карт и существенно изменить, ускорить процесс создания карт, а так же повысить экономическую эффективность.
В настоящее время разработана технология создания карт различного масштаба по аэроснимкам единого залета. Разработана технология создания карт по свободно ориентированной модели или по свободно ориентированной сети, построенной по аэрофотоснимкам. Разработана методика привязки космических снимков по свободно ориентированной сети аэрофотоснимков.
Создание трехмерных моделей по материалам микро- и макро съемок (д.т.н. Трубина Л.К., д.т.н. Гук А.П., асп. Климашин А.М.).
На базе использования цифровых съемочных систем и цифровых фотограмметрических методов обработки изображений разработаны фотограмметрические технологии проведения экологического мониторинга для разных пространственных уровней исследований от локального до клеточного. Необходимая точность и детальность получения количественных показателей обеспечивается материалами разных видов цифровых стерео съемок. Разработаны и апробированы технологии обработки цифровой макро- и микросъемки для изучения биоразнообразия.
Для детального изучения биоценозов, морфологии отдельных живых организмов, структурного анализа различных растений разработана цифровая технология стереомакросъемки. Для изучения биологических объектов на клеточном уровне разработаны методики обработки стереопар микроскопических изображений, получаемых как оптическим, так и электронным микроскопами. Они нашли применение в морфометрии семян и пыльцы различных растений. В настоящее время открыта межведомственная учебно-научная лаборатория информационных технологий в гео- и
биоэкологи по цифровой макро- и микросъемке, которой руководит проф. Трубина Л.К.
Также разработана технология цифровой съемки и методы обработки снимков для исследования динамики распространения искусственных аэрозольных облаков.
Кроме научных исследований на кафедре выполняются производственные работы. Выполнен ряд крупных проектов по созданию карт для инвентаризации мест нефтеразработок, созданию кадастровых карт, созданию ортофотопланов на обширные территории.
Студенты и аспиранты активно привлекаются к производственным и научно-исследовательским работам кафедры.
Таким образом, научно-производственный комплекс кафедры позволяет существенно улучшить подготовку студентов.
© А.П. Гук, И.Т. Антипов, 2005
